Марсело Санчес - Эмбрионы в глубинах времени

Благодаря датированным ископаемым остаткам, размещённым на эволюционных древах, и оценкам, основанным на молекулярных данных, мы знаем, что жизнь произошла, по крайней мере, от 3,5 до 3,2 миллиардов лет назад, и что возраст многоклеточной жизни составляет, как минимум, 700 миллионов лет. [4] Обсуждение самых древних ископаемых остатков жизни представлено у Brasier и др. 2002; а самой древней многоклеточной жизни у Lin и др. 2006 и Maloof и др. 2010. В двадцатом веке одним из главных достижений в геохимии была разработка нескольких методов датирования горных пород, основанных на изотопах различных химических элементов, что привело к надёжному установлению абсолютного исчисления времени протяжённой истории Земли и жизни. Считалось, что эволюции биологического разнообразия требовались длительные периоды времени. Дарвину было важно собрать информацию о древности Земли и жизни. Он был озабочен тем, чтобы для эволюции действительно сложных структур, вроде глаза, было «достаточно» времени. Дальнейшее открытие мутаций и их «беспорядочности», на первый взгляд, сделало оправданным волнение Дарвина.

Эволюция далека от случайного процесса, и обезьяны за пишущими машинками — это не лучшая аналогия для эволюционных процессов. Одно из главных замечаний, сделанных в недавно вышедших книгах по эволюции — указание на нехаотичность и предсказуемость эволюции. Это не теоретическое заключение, а скорее нечто, проявляющееся эмпирически в характере явлений, заметных в фенотипах и генотипах ныне живущих видов, а также в ископаемых остатках живых организмов. Факт того, что мутации в некоторых генах имеют высокую вероятность быть отобранными неоднократно в независимых родословных линиях, сталкивающихся со схожими условиями окружающей среды, получил название «параллельная генотипическая адаптация». Это делает генетические траектории адаптивной эволюции до некоторой степени предсказуемыми, что даёт ключ к реконструкции молекулярных процессов, которые с большой степенью вероятности работали у вымерших видов, несмотря на случайный характер эволюции. Индивидуальное развитие у вымерших видов также можно реконструировать благодаря открытию принципов, которые являются общими для огромных групп видов и даже включают использование одних и тех же генов, отвечающих за индивидуальное развитие. И всё же разнообразие, как в смысле количества видов, так и в смысле многообразия форм, настолько же обширно, насколько протяжённо время, в течение которого оно эволюционировало.

Теория эволюции даёт рациональное объяснение богатому биологическому разнообразию, которое окружает нас. С каждым днём всё больше людей по всему миру живёт в городах, но даже те, кто редко сталкивается с природой, имеют представление, по крайней мере, о части этого разнообразия благодаря телевидению или посещению зоопарка. Уже описано приблизительно 1,5 миллиона видов, и, по разным оценкам, планету населяет от 10 до 100 миллионов видов. Но это огромное количество видов — лишь малая часть от общего количества видов, которые существовали на планете; консервативные оценки предполагают, что не менее 99 процентов от общего разнообразия жизни, которая существовала на Земле, вымерло. [5] Объяснение вычисления оцениваемой доли вымерших видов и других связанных с этим цифр, касающихся величины биологического многообразия, можно найти у Benton 2009a. Большая часть этого минувшего разнообразия в значительной степени не документирована, несмотря на работу палеонтологов, поскольку ископаемых остатков тех видов больше не существует, или же они ещё ждут своего открытия и изучения.

Часть этого огромного разнообразия, которая знакома нам самым непосредственным образом — это позвоночные, группа животных, обладающих позвоночным столбом, к которой принадлежим и мы сами. Существует примерно 59000 ныне живущих видов позвоночных, но было описано ещё больше видов {1} 1 Очевидно, автор имеет в виду ископаемые виды позвоночных, сравнивая их с современными. — прим. перев. . Некоторые группы позвоночных с палеонтологической точки зрения известны лучше, чем другие. Для динозавров, например, известно приблизительно 550 описанных родов, но по оценкам специалистов, должно было существовать примерно 1850 родов. Не все новые роды и виды ископаемых организмов, которые были описаны, являются валидными, потому что палеонтологи непрерывно проводят ревизии своих выводов, касающихся таксономии, и новые исследования в области видового разнообразия и анатомии помогают уточнить критерии, на которых основываются выводы. Обзор, сделанный в 2003 году, выявил, что валидные на тот момент 4399 родов ископаемых млекопитающих составляли 80 процентов от общего количества когда-либо описанных родов. Это число составляло 67 процентов в 1945 году, как сообщал в своей классической статье американский палеонтолог Джордж Гейлорд Симпсон. Свои названия получают всё больше и больше валидных ископаемых родов млекопитающих и других позвоночных. Случай с эволюцией нашего собственного рода Homo иллюстрирует противоречия и уклоняющиеся мнения, касающиеся таксономии ископаемых форм. Однако по многим вопросам имеет место согласие во мнениях. Например, большинство антропологов подтверждает, что около двух миллионов лет назад по меньшей мере пять различных видов людей населяли планету. Мы — последняя ветвь когда-то гораздо более ветвистого эволюционного древа, существующего с момента отделения наших предков от шимпанзе примерно семь миллионов лет назад.

Цифры, которые я привожу здесь, служат просто для иллюстрации того факта, что, если мы хотим понять эволюцию биологического разнообразия, взгляд в прошлое является основополагающим. Роль палеонтологии в описании исчезнувшего биологического разнообразия очевидна, но, помимо простого описания, существует ещё много способов, которыми палеонтология вносит свой вклад в эволюционную биологию.

Новые области для исследования, возникшие в ходе подъёма молекулярной биологии в последние десятилетия, вызвали целую волну вполне обоснованного энтузиазма. Это также привело к постановке в определённых кругах вопроса об оправданности дальнейшей работы в таких старых дисциплинах, как палеонтология. В контексте обсуждения этого вопроса многие из моих коллег выделили ряд специфичных аспектов, когда только обращение к палеонтологии способно помочь другим биологическим дисциплинам и создать целостную программу исследований. Они таковы:

1. Ископаемые остатки живых организмов образуют шкалу времени для эволюции. Древнейшие представители групп живых организмов из пород, датировка которых представляется возможной, предоставляют информацию о сроках, в течение которых, по крайней мере, могло произойти разделение между группами живых организмов. Если у нас имеются последовательности ДНК двух ныне живущих видов и благодаря этому знаем, насколько они различаются, и, если мы знаем, когда эти формы стали отличаться друг от друга в летописи окаменелостей, мы сможем определить скорость изменений в ДНК. Тогда эту скорость можно использовать для оценки времени дивергенции у других, родственных групп, для которых ископаемые остатки ещё не известны.